DE68914998T2 - Verfahren zum hochfrequenzschweissen von polycarbonat. - Google Patents

Verfahren zum hochfrequenzschweissen von polycarbonat.

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Description

  • Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Hochfrequenzverschweißen von Folien, von denen wenigstens eine aus Polycarbonat besteht.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Polycarbonatfolien miteinander zu verschweißen, wobei die am häufigsten verwendete Methode in der Kombination der Wirkungen von Wärme und Druck besteht. Bei dieser Methode wird die aus verschiedenen zu verschweißenden Folien gebildete Sandwichstruktur in eine thermische Presse eingeführt. Die Temperatur muß über der Glasübergangstemperatur der plastischen Substanz liegen, und sie liegt allgemein zwischen 160ºC und 180ºC. Der aufgebrachte Druck schwankt zwischen 100 und 1000 N/cm². Die zur Durchführung der Verschweißung dieser Polycarbonatplatten erforderliche Zeit liegt allgemein in Abhängigkeit von den Zeiten für den Temperaturanstieg und die Kühlung unter Druck zwischen 40 und 45 min.
  • Ebenso ist aus dem Stand der Technik die Verwendung von Hochfrequenz zur Herstellung der Verschweißung bestimmter Materialien bekannt.
  • Die Hochfrequenzverschweißung ergibt sich aus der Erhitzung des zu verschweißenden Materials durch Aufbringen einer hochfreguenten Wechselspannung mit hoher Amplitude. Ein Kunststoffmaterial muß eine permanente bipolare Beschaffenheit aufweisen und aus beweglichen, schwingfähigen Molekülketten bestehen, um durch Hochfrequenz verschweißt werden zu können, wobei diese Beweglichkeit von zahlreichen Parametern und insbesondere den Herstellungsbedingungen, der inneren und äußeren Plastifizierung, der Temperatur, der Frequenz und der Hochfrequenzamplitude abhängt. So ist PVC ein Material, das besonders gut zum Verschweißen durch Hochfrequenz geeignet ist. Diese Verschweißung wird zwischen zwei Metallelektroden durchgeführt, die während des Aufbringens der Hochfrequenz unter Druck gehalten werden. Nun haben aber Versuche gezeigt, daß eine solche Technik nicht auf Polycarbonat anwendbar ist, da einmal die Reaktionsauslösetemperatur für Polycarbonat zu hoch liegt (in der Größenordnung von 100ºC oder höher).
  • So zeigt die Patentschrift US 4 678 713, daß Polycarbonat zur Kategorie von Materialien gehört, die nicht durch Hochfrequenz verschweißbar sind. Tatsächlich beinhaltet die Verschweißung von Polycarbonat nach dieser Patentschrift die Verwendung einer Haftschicht, die aus Kohlenstoffmonoxid enthaltenden Polymeren gebildet ist.
  • Ebenso zeigt die Anmeldung JP-A-55 150 321, daß Polycarbonat zu den Materialien mit geringem dielektrischen Verlustfaktor gehörten, die alleine nicht dielektrisch verschweißt werden können. So wird diesen Materialien eine Schicht aus einem plastischen Harz mit starkem dielektrischen Verlustfaktor beigegeben, die es ermöglicht, daß die Materialien mit geringem Verlustfaktor durch Hochfrequenz verschweißt werden können.
  • Das Dokument FR-A-2 120 070, das die Grundlage für den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, beschreibt insbesondere ein Verfahren zum Verschweißen von zwei Polycarbonatfolien mit einer Dicke von einigen Millimetern, die vorher durch Erwärmung auf eine Temperatur in der Größenordnung von 150ºC geformt wurden. Dieses Verfahren besteht im Zusammenfügen der beiden geformten Folien, indem sie zwischen zwei starre Glasplatten eingefügt werden, die komplementäre gegenüberliegende Seiten aufweisen, dann im Erwärmen der Einheit in einem Autoklaven auf eine Temperatur von 149ºC und bei einem Druck von mehreren Kilogramm pro cm². Dieses Verfahren kann nur für Polycarbonatfolien mit einer Dicke in der Größenordnung von einem Zehntel Millimeter geeignet sein.
  • So liegt eine Aufgabe der Erfindung in einem Verfahren zur Verschweißung von Polycarbonatfolien in einer Zeit, die deutlich unter der durch die Verfahren des Stands der Technik erreichten liegt.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Hochfrequenzverschweißung von Polycarbonatfolien miteinander zu ermöglichen, ohne daß zusätzliche Haftfolien verwendet werden.
  • Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierteren Beschreibung.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von wenigstens zwei Polycarbonatfolien, bei welchem:
  • - die miteinander zu verschweißenden Folien zur Bildung einer Sandwich-Struktur übereinandergelegt werden,
  • - die auf diese Weise gebildete Sandwich-Struktur zwischen zwei Glasplatten gelegt wird;
  • dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die zwei Glasplatten jeweils mit einer Metallelektrode einer Presse vom Typ mit Hochfrequenzheizung zusammenarbeiten,
  • - die Presse unter Druck gesetzt wird,
  • - an die Metallelektroden elektrische Signale gelegt werden, deren Frequenz geeignet ist, die Molekularverbindungen der Polycarbonatfolien durch die Glasplatten hindurch anzuregen, und
  • - gekühlt wird.
  • Die folgende Beschreibung erfolgt unter Bezug auf die Zeichnungen; darin zeigt
  • Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zur Herstellung von Magnetkarten mit hoher Dichte.
  • Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die schematisch die allgemeine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Zunächst werden die zu verschweißenden Folien so übereinandergelegt, daß eine "Sandwich-Struktur" (1) hergestellt ist. Diese Sandwich-Struktur (1) kann nur aus Polycarbonatfolien oder auch aus mit Folien aus einem anderen Material wie beispielsweise PVC gemischten Polycarbonatfolien zusammengesetzt sein.
  • Die so hergestellte Sandwich-Struktur wird dann bevorzugt zwischen zwei Glasplatten (2), (3) gesetzt; allerdings reicht es tatsächlich aus, daß sich eine der Seiten der Sandwich- Struktur mit einer Glasplatte in Kontakt befindet. Dieses Glas muß bestimmte Charakteristika auweisen; es muß nämlich gegen Wärmschocks sowie gegen Druck beständig sein. Zu diesem Zweck kann ein gehärtetes Glas oder eine Glaskeramik des Typs Corning-Vision verwendet werden.
  • Die Dicke der Platten schwankt in Abhängigkeit von der Dicke der zusammenzu fügenden Schichten und kann in der Größenordnung von 2 bis 5 mm liegen.
  • Die aus der Polycarbonat-Sandwichstruktur gebildete, von den beiden Glasplatten umgebene Einheit wird dann zwischen die Backen (4), (5) der Presse gesetzt, die durch zwei Metallklötze gebildet sind. Diese beiden Metallklötze spielen gleichzeitig die Rolle der Elektroden zum Anlegen der Hochfrequenz.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Folie (6) aus einem nachgiebigen Material, das nicht auf die Hochfrequenz reagiert, zwischen den Glasplatten und dem jede Elektrode bildenden Metall angebracht, um die Fehler aufgrund einer mangelhaften Flächigkeit der Oberfläche der Elektroden oder der Glasplatten in Kontakt mit der Metallelektrode zu absorbieren. Es könnte beispielsweise Karton oder Teflon verwendet werden.
  • Dann wird nach der Anordnung der Einheit der Druck (zwischen 100 und 1000 N/cm²) hergestellt, und die Verschweißung wird durch Anwendung einer Hochfrequenz durchgeführt. Die Hochfrequenz muß einen Wert aufweisen, der zur Anregung der Molekularverbindungen des Polycarbonats geeignet ist, und er liegt allgemein zwischen 25 und 30 MHz und bevorzugt bei 27,12 MHz. Unter diesen Bedingungen kann die Anwendungszeit für die Hochfrequenz in der Größenordnung von 5 bis 20 sek liegen, und sie liegt allgemein unter 10 sek. Danach muß die Abkühlung der Einheit abgewartet werden, ehe die Polycarbonat- Sandwichstruktur von den Glasplatten getrennt wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kühlung durchgeführt, indem die Sandwich-Struktur unter Druck gehalten wird. Man hat nämlich beobachtet, daß Fehler wie beispielsweise Blasen auftreten können, die bei einigen Anwendungen störend sein können, wenn der während der Anwendung der Hochfrequenz vorhandene Druck aufgehoben wird.
  • Nun wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die schematisch ein Beispiel einer Vorrichtung zu Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Magnetkarten hoher Dichte veranschaulicht.
  • Die Magnetkarte, die hergestellt werden soll, ist eine Magnetkarte hoher Dichte, die aus einem halbstarren und dimensionsstabilen Träger besteht, der auf dem größten Teil wenigstens einer seiner Flächen ein magnetisches Aufzeichnungsmedium trägt, das aus magnetischen Teilchen gebildet ist. Der Träger der Karte und das magnetische Medium selbst müssen elastisch verformbar sein, d.h. ihre Ausgangsform selbst nach wiederholter Biegung wiederfinden. Die Karte muß ferner thermisch stabil sein, um die üblichen Umgebungstemperaturen ohne Verformung auszuhalten. Aus diesen Gründen wurde die Herstellung dieser Polycarbonatkarte aus mehreren übereinandergelegten Schichten gewählt.
  • Die Karte besteht also aus einer Anzahl von zwischen 2 und 10 Polycarbonatblättern, so daß eine Sandwich-Struktur hergestellt ist, deren Dicke zwischen 400 um und 1000 um liegt, wobei wenigstens eines der Blätter eine Magnetschicht trägt. Diese Polycarbonatblätter können beispielsweise aus LEXAN bestehen (von General Electric Co. hergestellt). Die Dicke jedes Blatts schwankt zwischen 25 und 200 um. Es läßt sich nämlich eine bessere Schweißfähigkeit bei dünnen als bei dickeren Folien feststellen; ein Grund dafür liegt darin, daß die Wärmeverluste durch Leitung über die Elektroden umso stärker sind, je dünner die Folien sind. Dies beinhaltet, daß zum Verschweißen von Folien mit geringer Dicke eine höhere Energiemenge erforderlich ist.
  • Die Magnetschicht ist ihrerseits auch auf einen Polycarbonatträger aufgetragen, dessen Dicke zwischen 25 und 75 um schwankt. Die Dicke der Magnetschicht liegt in der Größenordnung von 5 um.
  • Im Falle unseres in Fig. 1 dargestellten Beispiels wird die Karte aus vier Polycarbonatschichten (7), (8), (9), (10) einschließlich derjenigen hergestellt, die die Magnetschicht umfaßt.
  • Die Bänder werden durch Walzenzufuhreinrichtungen, Antriebs-, Führungs- und Bandzentriereinrichtungen in genauer Lage übereinandergelegt. Dann wird durch geeignete Mittel (11) ein erstes Zuschneiden durchgeführt, so daß eine Sandwich-Struktur mit einer zur Herstellung von 3 Karten (oder mehr, je nach den Abmessungen der Presse) erforderlichen Fläche erhalten wird. Um die verschiedenen Schichten genau aufeinandergelegt zu halten, wird an jeder Ecke der Sandwich-Struktur eine erste Verschweißung (12) durchgeführt. Diese Verschweißung kann beispielsweise mittels Ultraschall durchgeführt werden. Dann wird die Sandwich-Struktur in eine Vorrichtung mit mehreren Stationen eingeführt, die im wesentlichen eine Presse (13) zum Anlegen der Hochfrequenz, eine mit einem Kühlkreis ausgestattete Presse (14) und eine Einrichtung (15) zum Abschneiden der einzelnen Karten aufweist.
  • Die Sandwich-Struktur läuft zunächst zwischen die Backen der Presse (13) zum Anlegen der Hochfrequenz. An jeder Backe der Presse wird eine Glasplatte angebracht, deren Dicke in der Größenordnung von 5 mm liegt. Dann wird der Druck aufgebaut und schließlich die Verschweißung durch Anlegen der Hochfrequenz durchgeführt.
  • Bei unserer Ausführungsform bestehen die folgenden Betriebsbedingungen:
  • - Fläche der zu schweißenden Sandwich-Struktur: 200 mm x 90 mm
  • - Leistung der Presse: 6 KW
  • - HF-Frequenz: 27,12 MHz
  • - Druck auf der Sandwich-Struktur: 100 bis 200 N/cm²
  • - Vom Generator gelieferte Leistung: 1,5 A
  • - Aufbringzeit HF: 10 sek
  • Danach muß die Sandwich-Struktur gekühlt werden, um sie abzulösen; die Schweißtemperatur muß nämlich über der Glas übergangstemperatur des Polycarbonats liegen, und sie liegt allgemein zwischen 130 und 190ºC. Diese Kühlung wird aufgrund der für eine solche Anwendung erforderlichen ebenen Beschaffenheit der Flächen durchgeführt, indem der bei der Verschweißung verwendete Druck aufrechterhalten wird. Dann muß mit etwa 30 sek gerechnet werden, um wieder auf die gewünschte Temperatur (etwa 30 bis 35ºC) zu sinken. Bei unserer Ausführungsform ist eine weitere Presse (14) mit einem Kühlkreis vorgesehen, um die Hochfrequenzpresse schneller freizumachen, wobei ein geeignetes System vorgesehen ist, um den Transport der unter Druck stehenden Sandwich-Struktur in die Kühlpresse sicherzustellen.
  • Ist die gewünschte Temperatur erreicht, dann wird die Sandwich-Struktur zu einer Zuschneidestation (15) evakuiert, wo dann die einzelnen Karten hergestellt werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Sandwich- Struktur in eine Vorerwärmungseinrichtung geleitet, ehe sie zwischen die Backen der Hochfrequenzpresse eingeführt wird.
  • Dies kann beispielsweise eine thermische Presse sein, deren obere und untere Backe auf eine Temperatur über 100ºC und bevorzugt in der Größenordnung von 150ºC gebracht sind. Bei einer Ausführungsform liegt die Dauer dieser Vorerwärmung zwischen 5 und 10 sek. Diese Vorerwärmung ermöglicht es nämlich, daß das Polycarbonat bei der folgenden Station rascher reagiert, wenn es der Hochfrequenz unterzogen wird. Die dielektrischen Verluste des Materials, die seine Erwärmung unter der Wirkung der Hochfrequenz ermöglichen, sind nämlich unterhalb einer bestimmten Temperatur sehr gering (sie liegt für Polycarbonat in der Größenordnung von 100ºC) und steigen überhalb dieser Temperatur rasch an.
  • Dieses System der an einer ersten (nicht dargestellten) Station durchgeführten thermischen Vorerwärmung ermöglicht nämlich einen beträchtlichen Zeitgewinn, wenn man zu der Hochfrequenzschweißstation übergeht.
  • So ermöglicht diese Vorrichtung mit aufeinanderfolgenden Stationen die Serienherstellung solcher Karten auf vollständig automatisierte Weise.
  • Darüber hinaus weist die Vorrichtung zum Schweißen über Glasplatten für den Fall von Magnetträgern hoher Dichte einen zusätzlichen Vorteil auf. Für solche Magnetträger muß tatsächlich eine Magnetschicht mit extrem glatter und einheitlicher Oberfläche vorhanden sein. Eine rauhe und wellige Oberflächenschicht rufen nämlich an den Aufzeichnungs und Leseköpfen, die sich mit der Magnetschicht in direktem Kontakt befinden, Abstandswirkungen hervor, die sich in eine Modulation der Amplitude oder eine Schwankung des Pegels der aufgezeichneten oder gelesenen Signale umsetzen, womit das erhaltene Signal-/ Rauschverhältnis vermindert wird. Wird nun die Verschweißung der Polycarbonatschichten direkt an Metallflächen durchgeführt, dann erhält man eine arithmetische Rauhigkeit in der Größenordnung von 20 nm, während man durch das Einfügen einer polierten Glasscheibe zwischen der Metallelektrode und der Magnetschicht eine Rauhigkeit in der Größenordnung von 4 bis 5 nm erhält. So erhält man eine Verbesserung des Oberflächenzustands der Magnetschicht, die beim Stand der Technik durch eine zusätzliche Kalandrierungsoperation erhalten wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum Verschweißen von wenigstens zwei Polykarbonat-Folien, bei welchem:
- die miteinander zu verschweißenden Folien zur Bildung einer Sandwich-Struktur (1) übereinandergelegt werden,
- die auf diese Weise gebildete Sandwich-Struktur (1) zwischen zwei Glasplatten (2, 3) gelegt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die zwei Glasplatten (2, 3) jeweils mit einer Metallelektrode (4, 5) einer Presse vom Typ mit Hochfrequenzheizung zusammenarbeiten,
- die Presse unter Druck gesetzt wird,
- an die Metallelektroden (4, 5) elektrische Signale angelegt werden, deren Frequenz geeignet ist, die Molekularverbindungen der Polykarbonat-Folien durch die Glasplatten hindurch anzuregen, und
- gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einführen der Sandwich-Struktur (1) in die Hochfrequenzpresse eine Vorerwärmung der Sandwich-Struktur durchgeführt wird.
3. Schweißverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Vorerwärmung in der Größenordnung von 150ºC liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlen nach dem Schweißen durchgeführt wird, während die Sandwich-Struktur unter Druck steht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Metallelektroden (4, 5) und den Glasplatten (2, 3) eine Folie (6) aus einem nachgiebigen Material angebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der die Sandwich-Struktur (1) bildenden Folien eine magnetische Schicht trägt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die angewendete Frequenz 27,12 MHz beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlen unter einem Druck durchgeführt wird, der von dem beim Schweißen angewendeten Druck verschieden ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Glasplatten (2, 3) zwischen 2 und 5 mm liegt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der angewendete Druck zwischen 100 und 1000 N/cm² liegt.
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